[发明专利]一种基于燃料电池系统的农村热电联供系统及其运行方法

说明书

本发明公开了一种基于燃料电池系统的农村热电联供系统及其运行方法，系统利用风光互补制氢装置为燃料电池提供必须的氢气，利用燃料电池热电联供模块为居民提供电能和热能，燃料电池排出的热水通过热交换器为火炕水循环中的冷水供能，从而实现燃料电池的自增湿和冷却，将火炕设计成一种高效的储能设备，同时提高系统整体的效率和热利用率。生物质能综合利用模块既可以供给家庭灶燃烧，又可供给气化炉进而后续用于发电，其中发电得到的高温烟气用于加热火炕和提供热水，家庭灶使用过程中产生的高温烟气进入火炕内部烟道加热火炕，综合利用北方的各种可再生能源，减少农村污染排放的同时提升农村能源的整体利用效率。

技术领域

本发明涉及能量综合运用技术领域，具体涉及一种基于燃料电池系统的农村热电联供系统及其运行方法。

背景技术

随着全球变暖和空气污染问题日益突出，寻求一种清洁能源已成为世界各国的共识，氢能作为新兴能源热值高，燃烧干净无污染，日益受到重视，并已逐渐将氢能纳入能源范畴。

在农村地广人稀，风能、光能、生物质能资源丰富，但这些各种可再生资源没有得到很好的利用，居民往往通过直接燃烧生物质能取暖，一些农村由于村之间相距较远，发电、输电成本较高且适合分布式能源的应用，风力光伏互补性强，用两种可再生资源互补发电并制氢拥有广阔前景。

火炕作为取暖装置是一种高效方便的储能装置，但现实中常用煤炭和生物质能直接燃烧供能，效率低且污染量大，火炕的蓄热潜力未得到完全发挥。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种基于燃料电池系统的农村热电联供系统及其运行方法，基于氢能利用水平的提升与农村地区特点并结合炕取暖方式，提出了一套基于燃料电池系统的农村热电联供系统，既能实现风能、光能、生物质能的高效利用，又能对燃料电池和生物质能发电的余热综合利用。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种基于燃料电池系统的农村热电联供系统，包括风光互补制氢系统、生物质能综合利用系统、燃料电池系统；燃料电池系统和风光互补制氢系统的电力输出端提供民用电，风光互补制氢系统的氢气输出端接入燃料电池系统；生物质能综合利用系统包括火炕、储水罐、气化炉、发电机以及家庭灶；气化炉向发电机供气，发电机的尾气出口和家庭灶烟气出口连通火炕的烟道；储水罐的出口连通换热器的低温介质入口，换热器的低温介质出口连通火炕的水流管道和家用储水罐；气化炉的烟气出口和家庭灶烟气出口连通换热器的高温介质入口，发电机电能输出端提供民用电。

风光互补制氢系统包括太阳能发电模块、风力发电机组和电解水制氢装置，太阳能发电模块、风力发电机组的电能输出端连接电解水制氢装置的电能输入端，电解水制氢装置的电能输入端还连接发电机的输出端。

发电机的尾气出口还连通气体加热器和气化炉的入口，发电机的电能输出端连接电解水制氢装置的电能输入端。

太阳能发电模块、风力发电机组远离村庄布置，电解水制氢装置和生物质能综合利用系统靠近村庄布置，燃料电池系统布置在村庄中。

电解水制氢装置的出口设置氢气提纯设备和氢气罐，氢气罐的出口通向燃料电池系统。

燃料电池系统包括燃料电池，燃料电池的氢气入口连通风光互补制氢系统的氢气出口，燃料电池的进气口处设置气体加热器，燃料电池阳极气体出口连通所述氢气出口，燃料电池加热，气体加热器的出气口设置温度传感器。

燃料电池的冷却水出入口连通换热器的热介质进出口，燃料电池利用水循环放热，高温水流入换热器与低温水热交换；储水罐的出口至换热器的管路上依次设置水阀和水泵。

燃料电池出水管道、换热器出口上设置温度监测传感器。

本发明所述农村综合供能系统的运行方法，具体如下：

所述生物质能综合利用系统中生物质能有两种利用方式：分别为通入家庭灶中直接燃烧或通入气化炉中气化再通入发电机中发电；